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Die
Erfindung betrifft einen Tester für Halbleiteranordnungen mit
einer Spannvorrichtung, die mehrere voneinander isolierte Teile
aufweist. Dabei weist ein erstes Teil eine erste Oberfläche zur
Aufnahme der zu testenden Halbleiteranordnung und eine der ersten
Oberfläche
gegenüberliegenden zweite
Oberfläche
auf. Weitere Teile sind mit einem Abstand zu der zweiten Oberfläche angeordnet.
Außerdem
sind Halterungen zum Halten von Sonden zum Kontaktieren der zu testenden
Halbleiteranordnungen, Positioniereinrichtungen zum Positionieren der
Sonden oder der Spannvorrichtung relativ zueinander, eine die Spannvorrichtung
umgebende äußere elektrisch
leitfähige
Umhüllung
und eine Beobachtungseinrichtung vorgesehen.
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Ein
Tester der eingangs genannten Art ist aus dem
US-Patent 5 345 170 A bekannt,
wobei die darin beschriebene Prüfvorrichtung
eine Spannvorrichtung mit oberen und unteren Elementen vorsieht, die
elektrisch voneinander isoliert sind. Dabei dient das obere Element
der Aufnahme der Testschaltung zum Prüfen mittels einer Sonde, die
in einer Halterung gehalten ist. Zur Herstellung eines Kontaktes zwischen
der Testschaltung und der Sonde ist die Spannvorrichtung bewegbar
gestaltet.
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Zur
Vermeidung von äußeren elektrischen und
elektromagnetischen Einflüssen
auf die Testschaltung ist eine elektrisch leitfähige Umhüllung vorgesehen.
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Weiterhin
ist eine Abschirmung vorgesehen, die räumlich zwischen der äußeren Umhüllung und dem
oberen Element der Spannvorrichtung angeordnet ist. Diese Abschirmung
ist mit dem untersten Element der Spannvorrichtung elektrisch verbunden. Die
Abschirmung umgreift das obere Element auch seitlich, um den Abschirmeffekt
so groß wie
möglich zu
gestalten.
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Die
Abschirmung wird wirksam, indem die abschirmenden Elemente auf ein
gemeinsames Bezugspotential gelegt werden, in aller Regel auf Erdpotential.
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Werden
mehrere Teile auf Erdpotential gelegt, kann es zum Entstehen von
Brummspannungen kommen, die den Messvorgang stören.
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Einen ähnlichen
Aufbau zeigt auch die Lösung
gemäß der
US 5 266 889 A .
Hierin ist vorgesehen, dass sich die Positioniereinrichtungen mindestens
teilweise außerhalb
der äußeren Umhüllung befinden.
Damit können
zwar Bedienelemente der Positioniereinrichtungen gut erreicht werden,
allerdings wird dadurch einerseits der Bewegungsspielraum der Positioniereinrichtungen
eingeschränkt,
da nur ein begrenzter Freiraum zur Verfügung steht. Andererseits sind
damit Öffnungen
der Umhüllung
erforderlich, durch die Umwelteinflüsse eindringen und das Messergebnis
verfälschen
können.
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In
der
US 5 434 512 A ist
ebenfalls ein ähnlicher
Aufbau beschrieben. Zur Realisierung eines triaxialen Aufbaues wird
ein zwischen dem oberen und dem unteren Element befindliches weiteres
Element vorgesehen, welches im allgemeinen auf gleiches Potential
gelegt wird, wie das obere Element. Damit ist die Potentialdifferenz
zwischen dem oberen Element und dem mittleren Element nahezu Null.
Folglich wird ein Stromfluss, der durch sehr großen aber dennoch endlichen
Widerstand der Isolation fließen würde, vermieden.
So wird es möglich,
auch sehr kleine Ströme
bei der Testschaltung zu messen, ohne dass eine Strommessung in
erheblichen Maße
von der Testeranordnung beeinflusst wird.
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Bei
dieser Lösung
ist also ein Aufbau der Spannvorrichtung mit mindestens drei Elementen, nämlich dem
oberen, dem unteren und dem dazwischen angeordneten Element erforderlich,
um das triaxiale Verhalten zu realisieren. Eine solche Spannvorrichtung
zeigt einen relativ aufwendigen Aufbau und eine große Bauhöhe. Außerdem ist
die Masse relativ groß,
was nachteilige Folgen bei der Bewegung der Spannvorrichtung mit
sich bringt.
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Eine
gleiche Funktion weist eine Spannvorrichtung nach der
US 5 457 398 A auf. Dort
wird nämlich
ein triaxialer Aufbau ebenso über
einen Abschirmkasten realisiert, der eine separate Abschirmung der
Sondenhalterung darstellt, die auf die eigentliche Sondenhalterung,
bestehend aus einer Positioniervorrichtung, einem Ausleger, einem
Sondenhalter und einer Sonde aufgesetzt ist. Hierbei ist für eine jede
solche Sondenhalterung eine separate Abschirmung vorzusehen, was
mit einem erhöhten
Herstellungsaufwand verbunden ist.
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Mit
der
US 47 57 255 A ist
ein Tester für
Halbleiterschaltungen beschrieben, der ebenfalls eine Spannvorrichtung,
Halterungen zum Halten von Sonden, die der Kontaktierung von Halbleiterschaltungsanordnungen
und Positioniereinrichtungen zum Positionieren dieser Sonden oder
der Spannvorrichtung relativ zueinander vorsieht. Die Spannvorrichtung
ist mit einer Umhüllung
umgeben, die dem gasdichten Abschluss aber auch der elektrischen
Abschirmung dienen kann, wenn sie elektrisch leitend ausgeführt ist.
Die Umhüllung
umgibt die Halterungen derart, dass sie mit den Sonden und den Positioniereinrichtungen
der Halterungen eingeschlossen sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, einen Tester für Halbleiteranordnungen
mit einer mehrere voneinander isolierte Teile aufweisenden Spannvorrichtung
anzugeben, der unter Beibehaltung des triaxialen Prinzips einen
einfacheren, leichteren und raumsparenderen Aufbau zeigt.
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Gemäß der Erfindung
wird die Aufgabe durch einen Tester für Halbleiteranordnungen mit
den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird
ein triaxialer Aufbau mit dem ersten Teil, dem zweiten Teil und
der äußeren Umhüllung realisiert.
Dabei besteht die Spannvorrichtung nur aus zwei Teilen, wodurch
eine relativ geringe Bauhöhe
erreicht wird.
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Die
Umhüllung
schließt
die Halterungen mit ein, wodurch eine wesentlich bessere Abschirmung bei
einer verbesserten Beweglichkeit der Positioniereinrichtungen beziehungsweise
der Halterungen erreicht wird.
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Durch
die erfinderischen Merkmale in ihrer Gesamtheit kann der triaxiale
Aufbau vereinfacht werden, wobei die Eigenschaften, die durch den
triaxialen Aufbau bewirkt werden sollen, zumindest eingehalten werden.
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Zur
Erreichung einer ausreichenden Isolation wird ein relativ großer Abstand
zwischen dem ersten und dem zweiten Teil benötigt. Dieser Abstand muss zusätzlich hohen
mechanischen Anforderungen genügen.
Eine Herstellung dieses Abstandes mit vollem Isolationsmaterial
kann die Gefahr einer elektrischen Absorption mit sich bringen.
Mit der Gestaltung einer Wellen- oder
mäanderförmigen Querschnittsform
wird einerseits eine derartige elektrische Absorption vermieden,
da kein Vollmaterial den Abstand ausfüllt. Andererseits werden die
guten dielektrischen Eigenschaft von Luft genutzt, die die durch die
Wellen- oder Mäanderform
entstehenden Hohlräume
füllt,
ohne dass eine wesentlichen Beeinträchtigung infolge unterschiedlicher
Luftfeuchtigkeiten eintreten kann, da das erste und das zweite Teil
nie gemeinsam durch ein und dasselbe Luftpolster beabstandet sind,
sondern sich stets noch eine Schicht des Isolationsmateriales zwischen
den beiden Teilen befindet.
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Durch
die Spannungsnachführung
des Potentiales des zweiten Teiles auf ein Potential, das gleich
dem Potential des ersten Teiles ist, wird eine Potentialdifferenz
zwischen dem ersten und dem zweiten Teil und damit auch ein möglicher
Stromfluss über
die Isolation, die in praxi ja nur einen sehr großen aber
endlichen Widerstand darstellt, vermieden. Ein Strom, wie er infolge
der Potentialdifferenz des ersten Teiles zu der Umhüllung möglich wäre, wird nunmehr
von der Spannungsnachführungsschaltung aufgebracht.
Es wird also kein Strom von dem ersten Teil abfließen, wodurch
auch das Messen sehr kleiner Ströme
auf der zu testenden Halbleiterschaltungsanordnung möglich wird.
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Durch
die Anordnung wird dementsprechend nur ein Element, nämlich die
Umhüllung,
auf Erdpotential gelegt, wodurch das Entstehen von Brummspannungen
vermieden wird.
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Die
Erfindung wird durch die Merkmale in den Ansprüchen 2 bis 8 weiter ausgestaltet.
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Hierbei
ist es einerseits möglich,
dass die Wellen oder Mäander
zueinander parallel liegen.
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Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, dass die Wellen oder Mäander zu einem Mittelpunkt
konzentrisch verlaufen.
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Eine
weitere zweckmäßige Ausgestaltung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung zweigeteilt ausgeführt ist,
wobei ein oberer Umhüllungsteil
auf einer an sich bekannten Sondenhalterplatte und ein unterer Umhüllungsteil
unter der Sondenhalterplatte angeordnet und mit dieser verbunden
ist.
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Ein
derartiger Aufbau ist in der Lage, den mechanischen Aufbau und damit
die Montage zu vereinfachen.
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Bei
einer zweigeteilten Umhüllung,
sieht eine erfindungsgemäße Ausführung vor,
dass die Umhüllung
ein mechanisches Verbindungselement, welches zwischen der Positioniereinrichtung
der Spannvorrichtung und der Spannvorrichtung angeordnet ist, beweglich
umschließt.
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Hierdurch
wird die Positioniereinrichtung für die Spannvorrichtung außerhalb
der Umhüllung
gelassen, wodurch deren Beweglichkeit durch die Umhüllung nicht
eingeschränkt
wird. Durch das bewegliche Umschließen des Verbindungselementes
wird erreicht, dass die freie Beweglichkeit der Positioniereinrichtung
auch für
die Spannvorrichtung erzielt wird.
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Für eine zweigeteilte
Umhüllung,
die das Verbindungsteil umschließt, ist es zweckmäßig, dass das
untere Umhüllungsteil
aus einer im wesentlichen flächenförmigen Unterseite
und damit verbundenen Seitenflächen
besteht, die ihrerseits mit der Sondenhalterplatte verbunden sind,
wobei die Unterseite das Verbindungselement umschließt und derart
beweglich ausgeführt
ist, dass sie aus mindestens zwei aufeinander verschiebbaren Gleitblechen
besteht, wobei das äußere Gleitblech
mit den Seitenflächen
verbunden ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist eine zweite Umhüllung vorgesehen, die die Beobachtungseinrichtung
zumindest teilweise umschließt
und die das Fenster in der äußeren Umhüllung überdeckt.
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Dadurch
wird es möglich,
die Beobachtungseinrichtung ebenfalls in die Abschirmung einzubeziehen
und die Umhüllung
wesentlich dichter zu gestalten.
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Es
ist sehr zweckmäßig, diese
Ausgestaltung so auszuführen,
dass die zweite Umhüllung
das Fenster beweglich überdeckt,
derart, dass mindestens zwei aufeinander verschiebbare Gleitbleche
vorgesehen sind, von denen eines mit der äußeren Umhüllung und ein zweites mit der
zweiten Umhüllung verbunden
ist.
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Durch
diese bewegliche Überdeckung
wird eine Bewegung der Beobachtungseinrichtung relativ zu der zu
testenden Halbleiterstruktur ermöglicht, wobei
die Abschirmung auch im Bereich der Bewegung gewährleistet ist.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Die zugehörige
Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Tester.
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Wie
aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist ein Grundgestell 1 vorgesehen,
das eine Sondenhalterplatte 2 trägt. Mit dem Grundgestell 1 weiterhin
verbunden ist eine Positioniereinrichtung 3 zur Positionierung
einer Spannvorrichtung 4. Zwischen der Positioniereinrichtung 3 und
der Spannvorrichtung 4 ist eine Säule 5 als Verbindungselement
zum Tragen der Spannvorrichtung 4 angeordnet. Zwischen
der Säule 5 und
der Spannvorrichtung 4 ist eine Isolation 6 angeordnet.
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Die
Spannvorrichtung 4 besteht aus einem ersten Teil 7,
das zu der Aufnahme und dem Festlegen einer zur testenden Halbleiteranordnung 8 ausgebildet
ist. Unter diesem ersten Teil 7 ist ein zweites Teil 9 angeordnet,
das dem triaxialen Aufbau in der Art dient, dass dieses auf ein
mit dem Potential des ersten Teiles 7 gleiches Potential
gelegt wird.
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Beide
Teile 7 und 9 sind über einen Isolator 10 voneinander
getrennt.
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Der
Isolator 10 weist einen wellenförmigen Querschnitt auf, so
dass ein relativ großer
Abstand zwischen den beiden Teilen 7 und 9 erzeugt
und eine mechanisch hohe Belastbarkeit erzielt werden kann.
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Auf
der Sondenhalterplatte 2 sind Sondenhalterungen 11 angeordnet,
die ihrerseits mit Positioniereinrichtungen 12 zur Positionierung
einer Sonde 13 relativ zu der Halbleiteranordnung 8 versehen sind.
Mittels der Sonden 13 wird die Halbleiteranordnung 8 über eine
Relativbewegung zwischen der Spannvorrichtung 4 und den
Sonden 13 kontaktiert, wodurch anschließend der Test- oder Messvorgang über eine
nicht näher
dargestellte Schaltungsanordnung erfolgen kann. Die Umhüllung, die
das dritte Element des triaxialen Aufbaues darstellt, indem sie auf
Erdpotential liegt, ist zweigeteilt ausgeführt.
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Unterhalb
der Sondenhalterplatte 2 ist ein unteres Umhüllungsteil 14 vorgesehen.
Diese untere Umhüllungsteil 14 besteht
aus einer im wesentlichen flächenförmigen Unterseite 15 und
damit verbundenen Seitenflächen 16.
Die Unterseite 15 umschließt die Säule 5. Zur freien
Bewegung der Säule 5 weist die
Unterseite 15 zwei aufeinander verschiebbare Gleitbleche 17 und 18 auf.
Dabei ist das äußere Gleitblech 17 mit
den Seitenflächen 16 und
das innere Gleitblech 18 mit der Säule 5 verbunden ist.
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Ein
oberes Umhüllungsteil 19 ist
auf der Oberseite der Sondenhalterplatte 2 angeordnet.
Beide Umhüllungsteile 14 und 19 sind über die
Sondenhalterplatte elektrisch miteinander und somit mit Erdpotential
verbunden.
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Das
obere Umhüllungsteil 19 schließt die Sondenhalterung 11 zusammen
mit der Positioniereinrichtung 12 ein. Damit befinden sich
die diese Teile innerhalb der Umhüllung und sind somit von dem triaxialen
Aufbau erfasst.
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Zur
Beobachtung der Halbleiteranordnung 8 ist ein Beobachtungsfenster 20 in
dem oberen Umhüllungsteil 19 vorgesehen.
Zur Beobachtung wird ein Mikroskop 21 als Beobachtungseinrichtung
vorgesehen.
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Zur
Einbeziehung dieses Mikroskops 21 in die Umhüllung ist
eine zweite Umhüllung 22 vorgesehen,
die das Mikroskop 21 im Bereich des Objektives 23 umschließt. Diese
zweite Umhüllung 22 überdeckt das
Beobachtungsfenster 20.
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Zur
Sicherung der Bewegungsmöglichkeit des
Objektives 23 beziehungsweise des Mikroskops 21 ist
vorgesehen, dass die zweite Umhüllung 22 das Beobachtungsfenster 20 beweglich überdeckt.
Hierzu dienen zwei aufeinander verschiebbare Gleitbleche 24 und 25.
Das Gleitblech 24 ist mit dem oberen Umhüllungsteil 19 und
das Gleitblech 25 mit der zweiten Umhüllung 22 verbunden.
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Alle
einander zugeordneten Gleitbleche, d. h. die Gleitbleche 17 und 18 und
die Gleitbleche 24 und 25 sind miteinander elektrisch über ihren
Flächenkontakt
miteinander verbunden, so dass eine geschlossene Abschirmung durch
die gesamte elektrisch leitfähige
Umhüllung
erreicht wird.
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- 1
- Grundgestell
- 2
- Sondenhalterplatte
- 3
- Positioniereinrichtung
- 4
- Spannvorrichtung
- 5
- Säule
- 6
- Isolation
- 7
- erstes
Teil
- 8
- Halbleiteranordnung
- 9
- zweites
Teil
- 10
- Isolator
- 11
- Sondenhalterung
- 12
- Positioniereinrichtung
- 13
- Sonde
- 14
- unteres
Umhüllungsteil
- 15
- Unterseite
- 16
- Seitenfläche
- 17
- äußeres Gleitblech
- 18
- inneres
Gleitblech
- 19
- oberes
Umhüllungsteil
- 20
- Beobachtungsfenster
- 21
- Mikroskop
- 22
- zweite
Umhüllung
- 23
- Objektiv
- 24
- Gleitblech
- 25
- Gleitblech